Усовершенствование вспомогательных систем торцевых уплотнений

API 682 и вы: усовершенствование вспомогательных систем торцевых уплотнений

Шон Хансикер (Sean Hunsicker), управляющий по рынку химической и нефтеперерабатывающей отрасли

В 80-х годах прошлого века торцевые уплотнения стали самым распространенным видом уплотнений на нефтеперерабатывающих и химических предприятиях, что побудило Американский институт нефтяной промышленности (American Petroleum Institute, API) создать комиссию по разработке стандартов для этих компонентов. Первое издание стандарта API 682 под названием «Системы уплотнения вала для центробежных и ротационных насосов» было опубликовано в 1994 году со следующим предисловием: «Данный стандарт по умолчанию рассчитан на наиболее распространенные виды оборудования, которые с высокой долей вероятности могут обеспечить срок непрерывной эксплуатации не менее трех лет и соответствие экологическим требованиям».¹ Данный стандарт включает рекомендации, которые, если не указано иное, относятся к технологиям с доказанной безопасностью и надежностью. На данный момент опубликовано четвертое издание стандарта API 682 с рекомендациями, которые относятся к торцевым уплотнениям и их вспомогательным системам.

Стандарт в основном посвящен торцевым уплотнениям, но в нем также уделено значительное внимание вспомогательным системам уплотнений, поскольку такие системы крайне важны для надлежащей работы уплотнений и насосов. Являясь производителем вспомогательных систем уплотнений, компания Swagelok и наши центры продаж и сервисного обслуживания придерживаются рекомендаций из 4-го издания стандарта API 682. В этой публикации мы разъясним некоторые рекомендации стандарта и расскажем, как их соблюдение при изготовлении и проектировании вспомогательных систем уплотнений поможет повысить уровень надежности и безопасности и сократить расходы.

Обзор комплектов и узлов схем уплотнений, соответствующих стандарту API 682

Каковы основные функции вспомогательной системы торцевых уплотнений?

Прежде чем обсудить рекомендации, давайте рассмотрим функции вспомогательных систем торцевых уплотнений. Эти системы предназначены для конкретного торцевого уплотнения и набора технологических параметров. Как правило, они подают на торцевое уплотнение газ или жидкость для обеспечения условий, в которых работает уплотнение, защищая вращающееся оборудование от повреждений.

Данные системы обладают четырьмя основными функциями:

• подача среды для уменьшения трения на уплотнительных поверхностях;
• контроль давления и температуры в уплотнительной камере и уплотнении;
• промывание уплотнения от загрязнений и (или) скопившегося осадка;
• предотвращение утечек технологической среды системы в атмосферу.

Узнайте подробнее о вспомогательных системах торцевых уплотнений, просмотрев представленный ниже видеоролик.

Сокращение числа потенциальных мест утечки

В 4-м издании стандарта API 682 есть немало рекомендаций по сокращению числа соединений во вспомогательных системах уплотнений. Независимо от того, выбрали ли вы приварные трубы или трубки, использовать резьбовые системы не рекомендуется. При перекачивании углеводородов каждое соединение является потенциальным местом утечки и влечет за собой определенные риски. Утечки во вспомогательных системах уплотнений, расположенных вблизи насосов, могут вызвать порчу имущества, длительные простои, экологические проблемы и риски для безопасности.

Традиционно в прошлом вспомогательные системы уплотнений зачастую изготавливались из труб. Однако современные производители и пользователи уплотнений и насосов в качестве соединений во вспомогательных системах уплотнений используют трубки, поскольку они хорошо зарекомендовали себя во всех важнейших областях промышленности. Как пишет эксперт по вращающемуся оборудованию Хайнц Блох (Heinz Bloch) в недавней статье в журнале «Hydrocarbon Processing», «стандарт Американского института нефтяной промышленности 682 (API 682) рекомендует использовать трубки для некоторых схем трубопроводных уплотнений. К сожалению, консервативные закупщики все еще предпочитают трубы; мы просим их еще раз пересмотреть этот вопрос. В 4-м издании API 682 соединения во вспомогательных системах уплотнений являются практически взаимозаменяемыми».²

Благодаря гибке трубок и надлежащему использованию соединительных фитингов можно сократить число соединений. Зачастую можно обойтись соединениями в уплотнении и уплотнительной системе. Поскольку трубки изготавливаются из отожженной стали, гибка трубок пластически деформирует металл, повышая прочность в месте изгиба. Такие инновационные решения, как фланцевые переходники и удлиненные штуцеры с наружной резьбой, позволяют обойтись без использования нескольких фитингов и, таким образом, еще больше сократить число соединений от резьбовых отверстий на уплотнениях и уравнительных емкостях. Использование трубок особенно выгодно, если учесть стоимость обслуживания, ремонта и эксплуатации насосов, уплотнений и вспомогательной системы. При проведении технического обслуживания, требующего доработки трубопроводов вблизи насосов, использование трубок позволяет обойтись без дорогостоящей сварки и сократить время простоя благодаря быстрому монтажу.

Упрощенная эксплуатация и техобслуживание

Вспомогательные системы уплотнений чрезвычайно важны для надлежащей работы уплотнений и насосов, и поэтому они требуют регулярной визуальной проверки. Упрощение такой проверки способствует повышению надежности и безопасности системы. При проектировании вспомогательных системах уплотнений следует учесть несколько рекомендаций после выбора трубной схемы и общей компоновки.

1. Функция системы должна быть очевидной, а ее конструкция — интуитивной.

Торцевые уплотнения часто повреждаются при запуске и остановке насосов, иногда в результате неправильной работы вспомогательной системы уплотнений. Надлежащая конструкция этой системы позволит избежать распространенных ошибок при вводе насосов в эксплуатацию.

На схеме 32 в 4-м издании стандарта API 682 показан монтаж нескольких контрольно-измерительных приборов и компонентов на трубах или трубках. Несмотря на то что подобная конструкция работоспособна, она дает оператору мало информации о работе системы, о том, какая информация важна и почему. Если система расположена внизу вблизи уплотнения насоса, то, чтобы узнать показатели контрольно-измерительных приборов, оператору придется подойти к насосу и наклониться. Даже небольшие препятствия для оператора повышают риск того, что сигналы о проблемах останутся незамеченными, что ведет к снижению уровня надежности. Рекомендуется расположить эти компоненты на панели.

Размещение трубной схемы, например схемы 32, на панели соответствует двум важным принципам проектирования: надлежащая маркировка и работа. Это дает следующие преимущества.

• Во-первых, схема 32 теперь напоминает законченную систему. Компоненты расположены не на трубе или трубке, а на панели, где можно определить схему движения потока, а все контрольные измерительные приборы находятся на уровне глаз.
• Кроме того, эти принципы проектирования подкреплены стандартом API 682. В нем сказано следующее: «Все элементы управления и контрольно-измерительные приборы должны быть расположены таким образом, чтобы они были видны операторам, а также доступны для испытаний, регулировки и обслуживания» (9.1.5)³.
• Наконец, на панелях могут быть указаны коды деталей, схемы движения потока и инструкции для оператора. Это позволит обеспечить безопасный и надежный запуск и остановку насосов и вспомогательных систем уплотнений.

2. Конструкция системы должна облегчать техобслуживание.

Надлежащая работа вспомогательной системы уплотнений крайне важна, однако при ее проектировании следует учитывать и простоту технического обслуживания. Вспомогательные системы уплотнений содержат часто обслуживаемые компоненты, например расходомеры, сетчатые фильтры и другие контрольно-измерительные приборы. Профилактическое обслуживание этих систем должно быть простым и безопасным для операторов. Если сетчатые фильтры расположены неудобно и недоступны для продувки, то надлежащее профилактическое обслуживание скорее всего будет выполняться недостаточно часто.

В 4-м издании стандарта API 682 также рекомендуется использовать конфигурацию отсечения со сбросом для всех манометров. Если системы не поддерживают такую конфигурацию, то скорее всего операторы манометров останутся без критически важной информации до следующего планового ремонта или проекта, в рамках которого можно изъять из эксплуатации насос и вспомогательную систему и заменить манометр.

Существует множество вариантов трубных соединений и конструкций, позволяющих без труда извлечь и заменить любой подлежащий обслуживанию компонент вспомогательной системы уплотнений, не прерывая ее работу. В отношении уравнительных емкостей в 4-м издании сказано следующее: «Эксплуатация, заполнение и дренаж должны выполняться с уровня земли. Если не указано иное, то системы, где требуется использование лестниц или ступенек или необходимо взбираться на опорную плиту или трубы, являются недопустимыми» (8.1.8).⁴ На многих предприятиях установлены устаревшие уравнительные емкости с трубной заглушкой наверху. Использование лестниц для снятия заглушки с емкости может подвергнуть операторов воздействию технологических газов и в целом небезопасно. Рекомендуется оснастить схему 52 или 53 заправочной системой (см. пример на рисунке ниже) для безопасного техобслуживания.

Усовершенствование вспомогательных систем уплотнений

Соблюдение этих базовых принципов проектирования вспомогательных систем торцевых уплотнений позволяет повысить уровень надежности и сократить расходы. Итак, вот краткие рекомендации по повышению эффективности ваших систем.

• Используйте трубки вместо приварных труб для сокращения расходов на монтаж и техобслуживание. Это также позволит повысить уровень надежности благодаря уменьшению числа потенциальных мест утечки.
• Вывод насоса из эксплуатации для устранения незначительных проблем с контрольно-измерительными приборами или заливки уравнительных емкостей неприемлем. Размещение подобных систем на панелях с надлежащей маркировкой и конструкцией позволяет упростить техобслуживание и снизить вероятность ошибки оператора, которая может привести к повреждению уплотнений.

Работникам подразделений, связанных с вращающимся оборудованием, на всех предприятиях следует опасаться отказов уплотнений и связанных с этим расходов на замену. Соблюдение рекомендаций и принципов проектирования, изложенных в 4-ом издании стандарта API 682, поможет избежать таких расходов и обеспечить более безопасную и надежную работу.

Компания Swagelok предоставляет услуги по проектированию и сборке вспомогательных систем уплотнений через свою сеть, состоящую из более 200 авторизованных центров продаж и сервисного обслуживания. Мы предлагаем настраиваемые и надежные системы местного производства, которые позволяют сократить расходы, сэкономить время и повысить уровень безопасности вращающегося оборудования благодаря усовершенствованной конструкции. Чтобы получить дополнительные рекомендации по проектированию и монтажу вспомогательных систем торцевых уплотнений или подобрать подходящие для вашей области применения комплекты или узлы схемы уплотнений API, обратитесь в региональный центр Swagelok.

Узнайте больше о системах обвязки торцевых уплотнений

¹ API Standard 682, First Edition, 1994 “Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps,” American Petroleum Institute, Washington, D.C.

² Bloch, Heinz P., Consider Stainless Steel Tubing for Mechanical Seal Connections, Hydrocarbon Processing, March, 2018.

³ API Standard 682, Fourth Edition, 2014 “Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps,” American Petroleum Institute, Washington, D.C

⁴ API Standard 682, Fourth Edition, 2014 “Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps,” American Petroleum Institute, Washington, D.C.